深圳市某綜合醫院空調冷熱源和空調水系統探討

馬國杰

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司建筑設計四院，上海200092）

1 引言

本項目位于深圳市龍崗區。截至2018年，深圳市每千人床位數為3.65 張，相比于《深圳市龍崗區衛生事業發展“十三五”規劃》的每千人口4.8 張床位數的目標尚有很大的差距。因此，近些年新建三甲醫院或專科醫院屢見不鮮，新建綜合醫院呈現功能復雜、科室整合的趨勢。這就對傳統的空調系統方案提出新的挑戰。

2 項目概況

本項目為深圳市龍崗區某中心醫院的新建外科綜合樓。總建筑面積約1.48×105m2，其中，地上面積1.24×105m2，地下面積2.4×104m2。地下2 層、地上23 層，建筑高度99.7m。地下2層分布人防、車庫、制冷機房等設備用房，地上1～10 層為醫技科室（包含放射科、檢驗科、ICU、手術部、靜脈配置等），11～23 層為標準住院部（左右2個護理單元）。

3 冷熱源系統形式

綜合醫院的空調系統通常為多種形式的組合。

3.1 本項目冷熱源系統形式

本項目冷熱源系統形式整理如表1 所示。

表1 本項目的空調系統配置

3.2 系統配置分析

圖1 冷熱源（冷凍機房）系統原理圖

1）深圳市位于夏熱冬暖地區，冬季室外空調計算溫度6℃，多數區域采用單冷系統即可，本項目院方特別要求標準護理單元在冬季極端天氣下能制熱，因此，本項目另配冬季用風冷熱泵。

2）本項目為單棟建筑，裙房屋面較小且靠近護理單元，同時項目周邊能放置大型空調設備的位置較少，因此，本項目的冷卻塔和風冷熱泵最終放置在塔樓屋面，冷水機組承壓按照1.6MPa 選用。

3）按照SJG 44—2018《深圳市公共建筑節能設計規范》第5.2.21 條規定：采用集中空調系統，有穩定熱水需求，建筑面積在10000m2以上的公共建筑，應當安裝空調廢熱回收裝置。故本項目2 臺1750kW 的螺桿機組采用熱回收形式，回收熱量供給排水生活熱水預熱使用（供、回水溫度45～40℃）。

4）考慮運行的可靠性，手術部采用雙冷源保證系統穩定運行。即除獨立四管制風冷熱泵外，地下室冷水機組預留1 組立管接至手術部空調機房作為備用。

5）裙房醫技科室和高區住院護理單元冬夏空調需求不同，因此，系統不能通過分集水器簡單合并。同時，由于風冷熱泵和冷水機組定壓點不同，風冷熱泵夏季不能作為冷水機組制冷工況的補充。

綜合以上分析，本項目冷熱源（冷凍機房）系統原理如圖1所示。

4 集中空調水系統設計

4.1 水系統分析

1）對于兼有醫技和住院護理單元的醫療綜合樓來說，基于末端設備承壓以及使用時間的不同考慮，空調水系統通常高低分區。本項目水系統共劃分為5 路，即2 路裙房醫技、2 路高區護理單元、1 路醫療街（全空氣系統）。

2）本項目裙房分布不同的醫技科室，存在大量內區，因此，過渡季節和冬季仍然有供冷需求。但是，11～23 層住院護理單元需要冬季制熱，因此，風冷熱泵和冷水機組不能通過分集水器簡單合并。而風冷熱泵夏季性能系數COP=3.18，遠低于制冷機組夏季性能系數COP=6.30，故夏季高區優先采用冷水機組制冷。

3）本項目體量較大，考慮到施工調試和運行穩定，水系統采用一次泵變流量，標準病房層（11～23 層）垂直和水平均同程，裙房（1～10 層）垂直同程、水平異程。

以下重點探討高區住院護理單元（11～23 層）的水系統設置。

4.2 高區水系統的水平同程問題

住院護理單元經典的水平流線布置為：外區為住院護理病房，內區為醫護生活教學區。因此，空調主水管走在醫護通道和病人通道，可以環通，容易實現水平同程【1】。

4.3 高區空調水系統的垂直同程方案的探索一

本項目可以采用類似于傳統的冷水機組+鍋爐的空調水系統方案，即將冷熱水的分集水器分開設置，流程圖和閥門切換原理分別如圖2 所示。冷水機組先引一路主管至冷熱水分集水器，季節切換只需要隨主機切換，在冷凍機房內完成即可，閥門較少。這種傳統做法簡單易懂，運行操作也方便，但缺點如下：

圖2 分集水器分開設置方案

1）高區立管井內除了垂直同程所需要的3 根立管外，多了2 根屋頂風冷熱泵至地下室熱水分集水器的供回水管，比較浪費。

2）西側和東側立管之間有一定間距，風冷熱泵冬季先通過分集水器合并再分2 路管道分別接至東西側高區末端，地下室水平管路同樣浪費較多。

3）基于以上2 點需要增加熱水泵的水泵揚程。

因此，本項目需要討論另外的方案解決高區同程的問題。

4.4 高區空調水系統的垂直同程方案的探索二

以西側護理單元為例，另外討論3 種方案。

方案一：風冷熱泵組群的水泵位于熱泵機組的回水段，流程圖和閥門切換原理如圖3 所示。這種做法的優點是，系統常規，不同季節閥門切換較少，穩定可靠。缺點是：高區每個護理單元使用的立管共4 根，不同季節各有1 根同程管（冬季回水立管1，其他季節供水立管1），且除了圖中的供水立管2（11層至屋面）較短外，其他3個立管均為地下1 層～頂層。

方案二：風冷熱泵組群的水泵位于熱泵機組的供水段，流程圖和閥門切換原理如圖4 所示。這種做法的優點是可以節省1 根高區立管。缺點有以下幾個方面：

1）水泵在供水段，且風冷熱泵與水泵吸入口有100m 左右的垂直間距，有一定的負壓風險；

2）需要7個電動閥門按照季節切換，對自控系統要求較高；

3）每一根立管冬季和其他季節水流方向不同，每層水平管段的阻力不同季節需要重新平衡，存在水力失調風險。

方案三：風冷熱泵組群的水泵位于熱泵機組的供水段，流程圖和閥門切換原理如圖5 所示。立管1 冬季作為風冷熱泵的供水管，夏季作為冷水機組的回水管。這種做法仍然不能解決方案二的第1）和第2）條缺點，但這種做法的優點同樣顯著：

1）對比方案一可以節省1 根立管，且回水立管只需要在高區布置，而不需要下至地下室；

2）不同季節水流方向相同，規避了方案二的水力失調風險。

綜合以上3個方案分析，住院護理單元的高區空調水系統應以穩定可靠為前提，同時兼顧運行方便和經濟性，圖5 的方案較為合理。

圖3 方案一

圖4 方案二

圖5 方案三

5 結語

本文所述的項目案例地處夏熱冬冷地區，冬季供熱需求較小，需要蒸汽消毒的區域（如中心供應）面積較小，可以單獨處理，因此規避了設置蒸汽鍋爐房的問題。針對不同的科室職能，空調系統冷熱源對應設置。

對于單棟建筑（兼有醫技和住院護理單元）的綜合醫院，為避免水力失調并滿足不同工況運行需要，空調水系統高低分區、垂直同程、水平同程、科室計量的問題不可避免，若再加上科室分區四管制的問題，從實際使用的角度來說，空調水系統管路過于龐雜。因此，本項目沒有采用傳統的四管制，而是通過各種方案比較，探索最優最省的水系統組合控制方案。